[0001] Die Erfindung betrifft ein Bearbeitungszentrum, insbes. zur Bohr-, Fräs- und Drehbearbeitung
eines Werkstücks, mit einem formsteifen Gehäuse, einem auf dem Gehäuse über ein Wälzlager
gelagerten drehbaren Werkstücktisch, und einer horizontalen und am Werkstücktisch
befestigten Klemmscheibe zum Klemmen des Werkstücktisches, wobei die Klemmscheibe
zwischen einem Auflager und einem Klemmstück einklemmbar ist.
[0002] Moderne Bearbeitungszentren für die spanende Komplettbearbeitung mit definierter
Schneide (Bohren, Fräsen, Drehen), insbesondere Bearbeitungszentren für eine 5-Achs-Bearbeitung
(drei lineare Vorschub- bzw. Positionierachsen und zwei rotative Vorschub- bzw. Positionierachsen)
besitzen drehbare Werkstücktische, die sowohl für die Bohr- und Fräsbearbeitung als
auch für die Drehbearbeitung ausgelegt sind. Der Antrieb eines solchen universal einsetzbaren
Werkstücktisch muss folgende Eigenschaften aufweisen:
[0003] Für die Bohr- und Fräsbearbeitung muss der Tischantrieb für den drehenden Werkstücktisch
eine sehr gute Positioniergenauigkeit (hohe geometrische und kinematische Genauigkeit)
mit hohem Drehmoment bei vergleichsweise geringer Drehzahl aufweisen. Beim Fräsen
und Bohren wird in der Regel die rotierende Hauptbewegung (Schnittbewegung) zum spanenden
Abtragen des Materials vom Werkzeug (Werkzeugspindel) ausgeführt. Das mehrschneidige
und fest in der Werkzeugspindel eingespannte Werkzeug (Bohrer, Fräser) dreht sich
mit entsprechender Drehzahl und wird entlang der zu bearbeitende Fläche geführt. Das
Werkstück (Werkstücktisch) führt in der Regel nur die Vorschub- und die Positionsbewegung
durch. Das rotierende Werkzeug erzeugt die für das spanende Abtragen des Materials
notwendige Schnittbewegung.
[0004] Für die Drehbearbeitung muss der Tischantrieb für den drehenden Werkstücktisch ein
sehr hohes Drehmoment bei vergleichsweise hoher Drehzahl aufweisen. Beim Drehen wird
die rotierende Hauptbewegung (Schnittbewegung) zum spanenden Abtragen des Materials
vom Werkstück (Werkstücktisch) ausgeführt. Das einschneidige und fest in der Werkzeugspindel
eingespannte Werkzeug (Drehmeißel) steht still und wird entlang der zu bearbeitende
Fläche geführt. Das Werkzeug führt in der Regel nur die Vorschub- und die Positionsbewegung
durch. In Sonderfällen kann auch das Werkstück die Vorschub- und die Positionierbewegung
ausführen. Das rotierende Werkstück erzeugt die für das spanende Abtragen des Materials
notwendige Schnittbewegung.
[0005] Um die Zielgrößen, hohe Positioniergenauigkeit und hohes Drehmoment bei geringer
Drehzahl einerseits und hohes Drehmoment bei hoher Drehzahl andererseits mit ein und
dem selben Tischantrieb erfüllen zu können, werden zunehmend sogenannte Torque-Motoren
als Direktantriebe eingesetzt. Diese Torque-Motoren haben den großen Vorteil, dass
keine mechanischen Übertragungsglieder (Kupplungen, Getriebe usw.) notwendig sind,
um die Antriebsenergie des Motors auf den Werkstücktisch zu übertragen. Das heißt,
der Torque-Motor ist direkt mit der Abtriebswelle des drehbaren Werkstücktisches verbunden,
etwaige Getriebe (z. B. Schneckenradgetriebe) sind nicht mehr notwendig. Durch das
Weglassen der mechanischen Übertragungsglieder wird die Dynamik des Antriebssystems
erhöht (Hohe Dynamik durch geringe wirksame träge Massen).
[0006] Außerdem wird durch das Weglassen der mechanischen Übertragungsglieder das Massenträgheitsmoment
der kompletten Antriebskette verringert.
[0007] Des Weiteren kann durch Einbau eines Torque-Motors der Antrieb für den drehbaren
Werkstücktisch sehr kompakt gestaltet werden. Dies wirkt sich besonders bei Bearbeitungszentren
mit mehreren Maschinenachsen, insbesondere bei 5-Achs-Bearbeitungszentren, sehr positiv
auf die kompakte Gestaltung des gesamten Bearbeitungszentrums aus.
[0008] In der
DE 202 02 998 U1 ist ein drehbarer Werkstücktisch beschrieben. Dieser Werkstücktisch ist für das Fräsen
(möglicherweise auch Bohren) und Drehen von relativ schweren und sperrigen Werkstücken
ausgelegt. Der drehbare Werkstücktisch besitzt einen Torque-Motor der als so genannter
Innenläufer ausgeführt ist. Bei einem Innenläufer ist der drehende, mit Permanentmagneten
versehene Rotor innen (am Werkstücktisch) und der feststehende, mit einer Motorwicklung
versehene ringförmige Stator außen (am Gehäuse) angeordnet.
[0009] Des Weiteren besitzt der Werkstücktisch eine zentrale Drehdurchführung für das Durchleiten
einer Kühlflüssigkeit an den Rotor. Beim Betrieb des Torque-Motors entstehen hohe
Erwärmungen am Stator wie am Rotor. Diese Erwärmungen müssen über eine kontinuierlich
zirkulierende Flüssigkeit (Kühlflüssigkeit) abgeführt werden, so dass die Wärme nicht
in die Tischplatte des Werkstücktisches gelangen kann. Unter einer Drehdurchführung
(hydraulischer Schleifring) versteht man ein Bauteil, das Fluide (Gase oder Flüssigkeiten)
den abgedichteten Übergang zwischen einem feststehenden Bauteil (Gehäuse) und einem
drehenden Bauteil (drehender Werkstücktisch) ermöglicht. Bei der dargestellten Drehdurchführung
handelt sich um eine Drehdurchführung mit einer berührenden Dichtung.
[0010] Weiterhin besitzt der Werkstücktisch eine hydraulisch betätigbare Klemmeinheit, die
eine drehende Klemmscheibe auf das feste Gehäuse klemmt. Diese Klemmeinheit funktioniert
nach dem Prinzip: Klemmen durch Hydraulik und Lösen durch Feder. Durch diese Klemmeinheit
wird eine sichere und genaue Fixierung des Werkstücktisches mit dem Werkstück auch
unter großen Bearbeitungsmomenten (z. B. Fräsen oder Bohren am äußeren Umfang eines
großen Werkstückes) gewährleistet. Der Torque-Motor hat in der Regel kein ausreichend
großes Motorhaltemoment, um ein Halten des Werkstücktisches bei einer Schwerzerspanung
durch Bohren oder Fräsen sicher zu gewährleisten.
[0011] Der in der
DE 202 02 998 U1 offenbarte drehbare Werkstücktisch mit einem Torque-Motor, einer Klemmeinheit und
einer Drehdurchführung hat folgende Nachteile:
[0012] Die Klemmeinheit hat keine Fail-Safe-Funktionalität. Das heißt, bei Energieausfall
wird die Klemmung zwangsläufig deaktiviert (Hydraulikpumpe fördert nicht mehr und
der Hydraulikdruck bricht zusammen). Dies kann bei einem Bearbeitungszentrum mit einem
schwenk- und drehbaren Werkstücktisch, zum Beispiel bei einem vertikalen Bearbeitungszentrum
in Gantry-Bauform mit drei linearen Bewegungsachsen in der Werkzeugspindel (Werkzeug)
und zwei rotativen Bewegungsachsen im Werkstücktisch, zu einer Personen- und/oder
Sachgefährdung führen. Der Werkstücktisch kann dabei um eine horizontale Achse verschwenkt
werden. Dreh- und Schwenkachse stehen rechtwinklig zueinander. Bei einem Energieausfall
kann sich bei so einem Bearbeitungszentrum der verschwenkte Werkstücktisch bei einem
schweren unsymmetrisch aufgespannten Werkstück aufgrund der Schwerkraft unerwartet
und undefiniert bewegen. Personen- und Sachschäden können in diesem Fall nicht ausgeschlossen
werden.
[0013] Des Weiteren ist die Klemmeinheit relativ aufwendig aufgebaut. Besonders die vielen
über den Umfang gleichmäßig verteilten Kolben-Zylinder-Einheiten sind fertigungstechnisch
nur unter hohem Aufwand zu realisieren. Außerdem können die Kolben-Zylinder-Einheiten
in radialer Richtung nicht 100% spielfrei eingebaut werden. Dies kann beim Klemmen
zu einem sogenannten Schlupf führen, d. h. es kommt beim Klemmen bzw. Bremsen aus
der Bewegung heraus zu einer gewissen Relativbewegung zwischen Kolben und drehender
Klemmscheibe. Dies beeinflusst die Klemmkraft negativ. In so einer Situation liegt
nur noch eine Reibfläche vor, nämlich zwischen drehender Klemmscheibe und festem Gehäuse.
Dies reicht für eine Notklemmung bzw. Notbremsung aus der Bewegung heraus in der Regel
nicht aus. In solchen Fällen werden vielmehr immer zwei Reibflächen benötigt, nämlich
eine Reibfläche zwischen Betätigungskolben und drehender Klemmscheibe und eine weitere
Reibfläche zwischen drehender Klemmscheibe und festen Gehäuse.
[0014] Die Drehdurchführung ist nur für das Durchleiten einer Kühlflüssigkeit ausgelegt.
Weitere Fluide (Gase oder Flüssigkeiten) können mit der offenbarten Drehdurchführung
nicht übertragen werden. Dies ist besonders nachteilig, wenn hydraulisch betätigte
Werkstückspannmittel auf dem Werkstücktisch montiert werden müssen. Es ist Stand der
Technik, dass Werkstücke nicht mehr ausschließlich manuell, sondern auch automatisch
durch kraftbetätigte Spannmittel auf den Werkstücktisch aufgespannt werden. Des Weiteren
hat sich in der Praxis herausgestellt, dass dichtende Drehdurchführung bei hohen Drehzahlen
sehr schnell verschleißen. Dies tritt besonders dann auf, wenn der Werkstücktisch
auch für das Drehen verwendet wird, da beim Drehen der Werkstücktisch mit sehr hohen
Drehzahlen betrieben wird (Drehen <= 1.200 U/min, Fräsen/Bohren <= 60 U/min).
[0015] Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, das bekannte Bearbeitungszentrum unter Beibehaltung seiner Vorteile dahingehend
weiter zu verbessern, dass die Klemmung auch bei Verlust der Energieversorgung sicher
funktioniert (Fail-Safe-Klemmung), dass sie einfach und ohne viele Bauteile aufgebaut
ist und dass sie mindestens zwei Reibflächen für die Klemmung aufweist.
[0016] Diese Aufgabe wird bei einem Bearbeitungszentrum, insbes. zur Bohr-, Fräs- und Drehbearbeitung
eines Werkstücks, mit einem formsteifen Gehäuse, einem auf dem Gehäuse über ein Wälzlager
gelagerten drehbaren Werkstücktisch, und einer horizontalen und am Werkstücktisch
befestigten Klemmscheibe zum Klemmen bzw. Abbremsen des Werkstücktisches, wobei die
Klemmscheibe zwischen einem Auflager und einem Klemmstück einklemmbar ist, erfindungsgemäß
dadurch gelöst, dass das Klemmstück in Richtung auf die Klemmscheibe vorgespannt ist
und fluidbetätigt in seine Freigabestellung bringbar ist.
[0017] Infolge dieser Ausgestaltung wird eine Fail-Safe-Klemmeinheit realisiert. Dadurch,
dass das Klemmstück permanent in Richtung auf die Klemmscheibe vorgespannt ist, ist
bei einem Energieausfall sichergestellt, dass der Werkstücktisch automatisch abgebremst
und geklemmt wird. Denn sobald der das Klemmstück in seine Freigabestellung beaufschlagende
Fluiddruck fehlt, wird das Klemmstück selbsttätig in Richtung auf die Klemmscheibe
gedrängt und klemmt bzw. bremst diese.
[0018] Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
[0019] Nach einer ersten erfindungsgemäßen Weiterbildung wird die das Klemmstück beaufschlagende
Vorspannung durch eine Vielzahl von über den Umfang des Werkstücktisches gleichmäßig
verteilter Federn erreicht.
[0020] Alternativ kann die Vorspannung auch durch ein unter Druck stehendes Fluid erreicht
werden.
[0021] Vorteilhafterweise besteht das Klemmstück aus einem kreisringförmigen Ringkolben.
Durch die Verwendung eines Ringkolbens als Betätigungselement wird erreicht, dass
mit nur einem einzigen Bauteil gleichmäßig und mit großem Hebelarm gegen die Klemmscheibe
geklemmt wird.
[0022] Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Ringkolben über eine Verdrehsicherung
dreh- und spielfest aber axial beweglich mit dem Gehäuse verbunden. Durch die spielfreie
Verdrehscherung für den Ringkolben wird erreicht, dass in jeder Betriebssituation
zwei Reibflächen vorhanden sind. Diese verdoppelt die Klemmkraft gegenüber bekannten
Klemmsystemen.
[0023] Vorzugsweise besteht die Verdrehsicherung aus einer elastischen Scheibe, die einerseits
am Gehäuse oder am Ringzylinder und andererseits am Ringkolben befestigt ist.
[0024] Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist das Klemmstück und/oder das Auflager auf
der der Klemmscheibe zugewandten Seite mit einem Reibbelag versehen. Zwar ist es nicht
zwingend notwendig den Ringkolben und die Klemmscheibe mit einem speziellen Reibbelag
zu versehen, jedoch kann durch einen Reibbelag der Reibkoeffizient erhöht werden.
[0025] Wenn nämlich ohne Reibbelag Stahl auf Stahl geklemmt wird, muss für die Dimensionierung
der Klemmeinheit der Reibkoeffizient von Stahl geölt (µ = 0,1) angenommen werden,
da nie ganz ausgeschlossen werden kann, dass Leckageöl in den Klemmraum der Klemmeinrichtung
eindringt. Wird dagegen ein aufgeklebter oder genieteter Reibbelag verwendet, kann
der Reibkoeffizient bei Stahl geölt auf µ = 0,2 bis 0,3 erhöht werden. Dies ist besonders
dann von Vorteil, wenn eine sogenannte Not-Klemmung aus voller Bewegung beim Ausfall
der Energieversorgung durchgeführt werden muss.
[0026] Um in allen Betriebszuständen des Bearbeitungszentrums eine sichere Zuführung des
Fluids zu gewährleisten, ist es erforderlich, die verwendete Drehdurchführung auch
für relativ hohe Drehzahlen auszulegen. Außerdem muss sie weitgehend verschleißfrei
arbeiten und auch mehrere unterschiedliche Fluide (Kühlmittel, Hydrauliköl, Druckluft
usw.) übertragen können. Dazu ist die Durchführung des Fluids vom Gehäuse zum Werkstücktisch
nach einer vorteilhaften Weiterbildung als berührungslose Dichtung mit wälzgelagerter
Führung ausgebildet. Die Dichtung kann als Spaltdichtung oder als Labyrinthdichtung
ausgebildet sein und die Durchführung mehrerer Fluide ermöglichen.
[0027] Durch die Verwendung einer berührungslosen Dichtung für die Drehdurchführung wird
die Standzeit derselben, insbesondere bei der Drehbearbeitung, erheblich verbessert.
Durch mehrere Übertragungskanäle ist es möglich, unterschiedlichste Fluide für die
verschiedenen Arbeitsaufgaben (Kühlmittel zum Kühlen des Torque-Motors, Hydrauliköl
zum Betätigen eines Werkstückspannmittels, Druckluft zur Freiblasen des Werkstücktisches
usw.) zu übertragen.
[0028] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
- Figur 1
- eine schematische Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Bearbeitungszentrums,
- Figur 2
- eine Detailansicht einer ersten Ausführungsform der in dem erfindungsgemäßen Bearbeitungszentrum
verwendeten Fail-Safe-Klemmeinheit,
- Figur 3
- eine Detailansicht einer zweiten Ausführungsform der in dem erfindungsgemäßen Bearbeitungszentrum
verwendeten Fail-Safe-Klemmeinheit, und
- Figur 4
- eine Detailansicht einer in dem erfindungsgemäßen Bearbeitungszentrum verwendeten
berührungslosen Drehdurchführung für Fluide.
[0029] Das in Figur 1 dargestellte Bearbeitungszentrum weist einen Werkstücktisch 1 auf,
der auf einem formsteifen, im Wesentlichen zylindrischen Gehäuse 4 über ein Radial-Axial-Wälzlager
5 drehbar gelagert ist.
[0030] Der in Draufsicht kreisförmige Werkstücktisch 1 ist zur genauen und verzugsfreien
Einspannung von Werkstücken für die Bohr-, Fräs- und Drehbearbeitung ausgelegt.
[0031] Als Drehantrieb für den Werkstücktisch 1 dient ein leistungsstarker Torque-Motor,
der in einem radial äußeren, im Gehäuse 4 ausgebildeten Ringraum angeordnet ist. Der
in Form eines schmalen Ringes ausgebildete Stator 3 dieses Torque-Motors ist großflächig
an der äußeren Umfangswand des Ringraums befestigt. Radial innen am Stator 3 befindet
sich der ebenfalls in Form eines langgestreckten relativ schmalen Ringes ausgebildete
Rotor 2.
[0032] Der in Figur 1 dargestellte Werkstücktisch 1 ist mit einer Fail-Safe-Klemmeinheit
9 zum Fixieren und Abbremsen des Werkstücktisches 1 ausgestattet, die im Folgenden
anhand der Figuren 2 und 3 im Einzelnen beschrieben wird.
[0033] Das Bearbeitungszentrum weist weiterhin einen hydraulischen Anschluss 6 für die Betätigung
der Fail-Safe-Klemmeinheit 9 sowie einen hydraulischen Anschluss 7 für die Betätigung
kraftbetriebener Werkstückspannmittel auf, die mittels einer berührungslosen Drehdurchführung
8 an eine Versorgungseinheit angeschlossen sind.
[0034] In Figur 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des mit einer Fail-Safe-Klemmeinheit
9 versehenen Bearbeitungszentrums dargestellt.
[0035] Die Fail-Safe-Klemmeinheit 9 umfasst eine Klemmscheibe 10, die an einem nach unten
weisenden Ringsteg des Werkstücktisches 1 befestigt ist. Die Klemmscheibe 10 besteht
aus einem hochfesten und biegeelastischen Material(Hartmetall, Federstahl usw.) und
hat eine konstante Dicke von einigen Millimetern.
[0036] Die Klemmscheibe 10 ist mit geringem Spiel oberhalb eines am Gehäuse 4 ausgebildeten
Auflagers positioniert, das eine ebene Klemmfläche besitzt.
[0037] In einem am Gehäuse 4 befestigten Ringzylinder 14 ist ein nach unten offener Raum
ausgebildet, in dem ein Ringkolben 18 derart gelagert ist, dass er in Richtung auf
die Klemmscheibe 10 bewegt werden kann, um die Klemmscheibe 10 zwischen sich und dem
am Gehäuse 4 ausgebildeten Auflager einzuklemmen.
[0038] Der Ringkolben 18 ist über eine als biegeelastische Scheibe ausgebildete Verdrehsicherung
17 mit dem Ringzylinder 14 derart verbunden, dass er dreh- und spielfest aber axial
verschieblich an dem Ringzylinder 14 gehalten ist.
[0039] Der Ringkolben 18 ist von einer Vielzahl von über den Umfang des Werkstücktisches
1 gleichmäßig verteilter Federn 12 belastet, welche den Ringkolben 18 in Richtung
auf die Klemmscheibe 10 drängen. Die Federn 12 sind in einem oberen Druckraum 11 angeordnet,
welche an der der Klemmscheibe 10 abgewandten Seite des Ringkolbens 18 ausgebildet
ist.
[0040] An der der Klemmscheibe 10 zugewandten Seite des Ringkolbens 18 ist ein unterer Druckraum
15 ausgebildet, der über Dichtringe 13 abgedichtet ist und mit einer Hydraulikzuleitung
16 in Verbindung steht, welche durch den Ringzylinder 15 hindurchgeführt ist.
[0041] Infolge dieser Ausgestaltung wird der Ringkolben 18 permanent durch die Federn 12
in Richtung auf die Klemmscheibe 10 belastet. Solange bei einem störungsfreien Betrieb
die Energiezufuhr nicht unterbrochen ist, wird in dem unteren Druckraum 15 über eine
nicht dargestellte Hydraulikpumpe ein Druck aufrechterhalten, der den Ringkolben 18
von der Klemmscheibe 10 weg gegen die Kraft der Federn 12 nach oben drückt, so dass
keine Klemmkraft auf die Klemmscheibe 10 ausgeübt werden kann. Wird dagegen bei einer
Betriebsstörung die Energiezufuhr unterbrochen, kann der Druck in dem unteren Druckraum
15 nicht mehr weiter aufrechterhalten werden, so dass die Federn 12 den Ringkolben
nach unten gegen die Klemmscheibe 19 drücken, die dann zwischen dem Ringkolben 12
und dem am Gehäuse 4 vorgesehenen Auflager eingeklemmt wird. Somit erfolgt bei einem
Ausfall der Energieversorgung eine automatisch ablaufende Notbremsung bzw. Notklemmung
und der Werkstücktisch 1 wird festgesetzt.
[0042] Alternativ zu der in Figur 2 dargestellten Ausgestaltung kann anstelle der Federn
12 auch ein unter Druck stehendes Fluid in dem oberen Druckraum 11 vorgesehen sein,
welches zum Aufbringen der Klemmkraft für die Klemmscheibe 10 verwendet wird. In einem
solchen Fall müsste der obere Druckraum 11 ebenfalls über Dichtringe abgedichtet sein.
[0043] Bei Ausfall der Energieversorgung würde dann über ein entsprechendes Rückschlagventil
der Fluiddruck für die Klemmkraft im oberen Druckraum 11 sicher eingesperrt, so dass
eine sichere Klemmung auch bei Ausfall der Energieversorgung gewährleistet wäre.
[0044] In Figur 3 ist eine weitere Ausführungsform einer Fail-Safe-Klemmeinheit 9 für das
erfindungsgemäße Bearbeitungszentrum dargestellt.
[0045] Bei dieser Ausführungsform wird die Klemmscheibe 10 bei einem Klemmvorgang nicht
wie bei der Ausführungsform nach Figur 2 zwischen einem am Gehäuse 4 vorgesehenen
Auflager und dem Ringkolben 18, sondern zwischen einem am Ringzylinder 14 vorgesehenen
Auflager und dem Ringkolben 18 eingeklemmt.
[0046] Auch bei dieser Ausführungsform ist in dem Gehäuse 4 der Ringzylinder 14 angebracht,
welcher den Ringkolben 18 über die Verdrehsicherung 17 lagert. Auch hier ist der Ringkolben
18 über Dichtringe 13 gegenüber dem Ringzylinder 14 abgedichtet.
[0047] Der Ringkolben 18 ist mit einer Vielzahl von über den Umfang des Werkstücktisches
1 gleichmäßig verteilt angeordneter Federbolzen 28 versehen, welche vorzugsweise in
den Ringkolben 18 eingeschraubt sind. Die Federbolzen 28 sind von Federn 12 umgeben,
welche sich einerseits an den Köpfen der Federbolzen 28 und andererseits in einer
Ausnehmung 31 des Ringzylinders 14 abstützen und so den Ringkolben 18 in Richtung
auf die Klemmscheibe 10 belasten.
[0048] Weiterhin ist zwischen dem Ringkolben 18 und dem Ringzylinder 14 ein Druckraum 30
vorgesehen, welcher mit einer Hydraulikzuleitung 16 verbunden ist.
[0049] Auch bei dieser Ausgestaltung wird der Ringkolben 18 permanent durch die Federn 12
in Richtung auf die Klemmscheibe 10 belastet. Solange bei einem störungsfreien Betrieb
die Energiezufuhr nicht unterbrochen ist, wird in dem Druckraum 30 über eine nicht
dargestellte Hydraulikpumpe ein Druck aufrechterhalten, der den Ringkolben 18 von
der Klemmscheibe 10 weg gegen die Kraft der Federn 12 nach oben drückt, so dass keine
Brems- bzw. Klemmkraft auf die Klemmscheibe 10 ausgeübt werden kann. Wird dagegen
bei einer Betriebsstörung die Energiezufuhr unterbrochen, kann der Druck in dem Druckraum
30 nicht mehr weiter aufrechterhalten werden, so dass die Federn 12 den Ringkolben
nach unten gegen die Klemmscheibe 10 ziehen, die dann zwischen dem Ringkolben 12 und
dem am Ringzylinder 14 vorgesehenen Auflager eingeklemmt wird. Somit erfolgt auch
bei dieser Ausführungsform bei einem Ausfall der Energieversorgung eine automatisch
ablaufende Notbremsung bzw. Notklemmung und der Werkstücktisch 1 wird festgesetzt.
[0050] In Figur 3 ist weiterhin dargestellt, dass der Ringkolben 18 und das Auflager mit
je einem Reibbelag 29 versehen sind. Alternativ kann der Reibbelag 29 auch nur am
Ringkolben 18 oder nur am Auflager angeordnet sein. Die Abringung von Reibbelägen
29 ist auch bei der Ausführungsform nach Figur 2 möglich.
[0051] Wird kein Reibbelag verwendet, muss für die Dimensionierung der erfindungsgemäßen
Fail-Safe-Klemmeinheit 9 von einem Reibkoeffizienten von Stahl geölt (µ = 0,1) ausgegangen
werden, da letztendlich nie ganz ausgeschlossen werden kann, dass Leckageöl in den
Klemmraum der Klemmeinrichtung eindringt. Wird dagegen ein Reibbelag 29 verwendet,
der beispielsweise aufgeklebt oder genietet sein kann, kann der Reibkoeffizient bei
Stahl geölt auf µ = 0,2 bis 0,3 erhöht werden. Dies ist besonders wichtig, wenn eine
so genannte Not-Klemmung aus voller Bewegung beim Ausfall der Energieversorgung durchgeführt
werden muss.
[0052] In Figur 4 ist eine Weiterbildung er Erfindung dargestellt, die sowohl im Zusammenhang
mit der Ausgestaltung nach Figur 2 als auch nach der nach Figur 3 vorgesehen sein
kann und die zeigt, wie die berührungslose Drehdurchführung 8 der Hydraulikzuleitungen
zum Werkstücktisch 1 realisiert ist.
[0053] Auf dem Gehäuse 4 ist der Werkstücktisch 1 drehbar gelagert, der in seinem mittleren
Bereich mit einem Anschlussdeckel 21 versehen ist, der einen Zugang zu der berührungslosen
Drehdurchführung 8 ermöglicht. Der Anschlussdeckel 21 ist über ein Lager 22, vorzugsweise
ein Wälzlager gelagert.
[0054] Das Fluid wird über den hydraulischen Anschluss 7 zugeführt, der in einem feststehenden
Anschlussgehäuse 27 endet. Zwischen dem Anschlussgehäuse 27 und dem Anschlussdeckel
21 ist eine Dichtung angeordnet, welche eine Spaltringdichtung 23 am feststehenden
Anschlussgehäuse 27, eine Spaltringdichtung 25 am drehbaren Anschlussdeckel 21 und
einen dazwischen gebildeten Dichtspalt 24 aufweist.
Die Spaltringdichtung arbeitet wie folgt:
[0055] Bei fehlendem Fluiddruck (es wird kein Fluid durchgeleitet) berühren sich die Spaltdichtungen
23 und 25 nicht und es entsteht ein Dichtspalt 24 zwischen den beiden Spaltdichtungen
23 und 25. Beim Durchleiten eines Fluids wird durch den Fluiddruck die Spaltdichtung
25 nach außen an die Spaltdichtung 23 gedrückt und der Dichtspalt 24 wird geschlossen.
[0056] Eine absolute Dichtheit ist mit dieser berührungsfreien Anordnung allerdings nicht
möglich, so dass eine gewisse Leckage funktionsbedingt immer auftritt.
[0057] Zwischen dem feststehenden Anschlussgehäuse 27 und dem drehbaren Anschlussdeckel
21 sind weiterhin noch eine statische Dichtung 20, die vorzugsweise als O-Ring ausgebildet
ist, und eine dynamische Dichtung 19 zur Abdichtung für Leckagenfluid, die vorzugsweise
als Radial-Wellendichtung ausgebildet ist, angeordnet. Das austretende Leckagenfluid
kann über eine Leckagenleitung 26 abgeführt werden.
[0058] Statt der in Figur 3 erläuterten berührungslosen Dichtung kann auch eine so genannte
berührungsfreie Labyrinthdichtung verwendet werden. Die Dichtwirkung bei einer Labyrinthdichtung
beruht auf der Verlängerung des Dichtweges durch die wechselweise Anordnung von Ringen
auf dem drehenden Bauteil (Anschlussdeckel 21) und dem feststehenden Bauteil (Anschlussgehäuse
27). Aufgrund des hohen Strömungswiderstandes in dem langen Spalt kann nur eine geringe,
tolerierbare Fluidmenge (Leckage) durch die Labyrinthdichtung austreten.
[0059] Die vorhergehende Beschreibung gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen
Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung
sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung
sowie ihre Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste:
[0060]
- 1
- Werkstücktisch
- 2
- Rotor
- 3
- Stator
- 4
- Gehäuse
- 5
- Radial-Axial-Wälzlager
- 6
- hydraulischer Anschluss
- 7
- hydraulischer Anschluss
- 8
- Berührungslose Drehdurchführung
- 9
- Fail-Safe-Klemmeinheit
- 10
- Klemmscheibe
- 11
- oberer Druckraum
- 12
- Feder
- 13
- Dichtringe
- 14
- Ringzylinder
- 15
- unterer Druckraum
- 16
- Hydraulikzuleitung
- 17
- Verdrehsicherung
- 18
- Ringkolben
- 19
- dynamische Dichtung
- 20
- statische Dichtung
- 21
- Anschlussdeckel
- 22
- Lager
- 23
- Spaltdichtung am feststehenden Anschlussgehäuse
- 24
- Dichtspalt
- 25
- Spaltdichtung am drehbaren Anschlussdeckel
- 26
- Leckagenleitung
- 27
- Anschlussgehäuse
- 28
- Federbolzen
- 29
- Reibbelag
- 30
- Druckraum
- 31
- Ausnehmung
1. Bearbeitungszentrum, insbes. zur Bohr-, Fräs- und Drehbearbeitung eines Werkstücks,
mit einem formsteifen Gehäuse (4),
einem auf dem Gehäuse (4) über ein Wälzlager (5) gelagerten drehbaren Werkstücktisch
(1), und
einer horizontalen und am Werkstücktisch (1) befestigten Klemmscheibe (10) zum Klemmen
bzw. Abbremsen des Werkstücktisches (1), wobei die Klemmscheibe (10) zwischen einem
Auflager und einem Klemmstück (18) einklemmbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Klemmstück (18) in Richtung auf die Klemmscheibe (10) vorgespannt ist und fluidbetätigt
in seine Freigabestellung bringbar ist.
2. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmstück (18) unter der Wirkung einer Vielzahl über den Umfang des Werkstücktisches
(1) gleichmäßig verteilter Federn (12) steht, welche die Vorspannung für das Klemmstück
(18) erzeugen.
3. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmstück (18) unter der Wirkung eines unter Druck stehenden Fluids steht, welches
die Vorspannung für das Klemmstück (18) erzeugt.
4. Bearbeitungszentrum nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmstück (18) aus einem kreisringförmigen Ringkolben (18) besteht.
5. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkolben (18) über eine Verdrehsicherung (17) dreh- und spielfest aber axial
beweglich mit dem Gehäuse (4) verbunden ist.
6. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (17) aus einer elastischen Scheibe besteht, die einerseits am
Gehäuse (1) oder am Ringzylinder (14) und andererseits am Ringkolben (18) befestigt
ist.
7. Bearbeitungszentrum nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmstück (18) in einem am Gehäuse (4) befestigten Ringzylinder (14) geführt
ist.
8. Bearbeitungszentrum nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmstück (18) und/oder das Auflager auf der der Klemmscheibe (10) zugewandten
Seite mit einem Reibbelag (29) versehen ist.
9. Bearbeitungszentrum nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflager am Gehäuse (4) ausgebildet ist.
10. Bearbeitungszentrum nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Klemmscheibe (10) abgewandten Seite des Klemmstücks (18) ein oberer Druckraum
(11) und auf der der Klemmscheibe (10) zugewandten Seite des Klemmstücks (18) ein
unterer Druckraum (15) ausgebildet ist.
11. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den unteren Druckraum (15) eine Hydraulikzuleitung (16) mündet, welche durch den
Ringzylinder (14) hindurch geführt ist.
12. Bearbeitungszentrum nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (12) in dem oberen Druckraum (11) angeordnet sind und sich einerseits
an dem Klemmstück (18) und andererseits an dem Ringzylinder (14) abstützen.
13. Bearbeitungszentrum nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das unter Druck stehenden Fluid in dem oberen Druckraum (11) angeordnet ist.
14. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem oberen Druckraum (11) in Verbindung stehendes Rückschlagventil vorgesehen
ist, welches bei einem Energieausfall das im oberen Druckraum (11) befindliche Fluid
sicher einschließt.
15. Bearbeitungszentrum nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Federn (12) einerseits an mit dem Klemmstück (10) verbundenen Federbolzen
(28) und andererseits an dem Ringzylinder (14) abstützen.
16. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Federbolzen (28) in das Klemmstück (18) eingeschraubt sind.
17. Bearbeitungszentrum nach einem der Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Klemmstück (18) und dem Ringzylinder (14) ein Druckraum (30) angeordnet
ist, welcher mit einer Hydraulikzuleitung (16) verbunden ist, die durch den Ringzylinder
(14) hindurch geführt ist.
18. Bearbeitungszentrum nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflager am Ringzylinder (14) ausgebildet ist.
19. Bearbeitungszentrum nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung des Fluids vom Gehäuse (4) zum Werkstücktisch (1) als berührungslose
Dichtung mit wälzgelagerter Führung ausgebildet ist.
20. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung als Spaltdichtung ausgebildet ist.
21. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung als Labyrinthdichtung ausgebildet ist.
22. Bearbeitungszentrum nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung zur Weiterleitung mehrerer Fluide ausgelegt ist.